O tempo corre mais rápido em Marte e os cientistas acabaram de provar isso

Essa precisão não se estende naturalmente para além da Terra. Albert Einstein mostrou que o tempo não se move no mesmo ritmo em todo o universo. A velocidade com que um relógio funciona depende da gravidade, o que significa que os relógios funcionam um pouco mais devagar em uma gravidade mais forte e mais rápido em uma gravidade mais fraca. Até mesmo coordenar o tempo em toda a Terra é complexo. Estender essa coordenação por todo o sistema solar é muito mais desafiador. Para os futuros exploradores que desejam viver e trabalhar em Marte, uma questão fundamental deve ser respondida primeiro: que horas são em Marte?

Cientistas calculam a hora de Marte pela primeira vez

Os físicos do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) produziram agora uma resposta precisa. Os seus cálculos mostram que, em média, os relógios de Marte marcam 477 microssegundos (milionésimos de segundo) mais rápido por dia do que os relógios da Terra. Essa diferença não é constante. Devido à órbita esticada de Marte e às influências gravitacionais de outros corpos, a diferença horária pode variar até 226 microssegundos por dia durante o ano marciano.

A investigação foi publicada recentemente no The Astronomical Journal e baseia-se num estudo de 2024 no qual os cientistas do NIST delinearam uma estrutura para uma cronometragem altamente precisa na Lua.

Compreender como o tempo passa em Marte é essencial para missões futuras, disse o físico do NIST Bijunath Patla. À medida que a NASA se prepara para uma exploração mais avançada de Marte, o tempo preciso será crítico para a navegação, comunicação e coordenação através de distâncias planetárias.

“É o momento certo para a Lua e Marte”, disse Patla. “Este é o mais próximo que estivemos de concretizar a visão da ficção científica de expansão por todo o sistema solar.”

Fuso horário de Marte

Marte opera em uma programação diferente da Terra em mais de um aspecto. Um único dia marciano dura cerca de 40 minutos a mais que um dia terrestre, e um ano marciano se estende por 687 dias terrestres, em comparação com 365 dias na Terra. Para além destas diferenças óbvias, os cientistas precisavam de determinar se cada segundo em Marte passa ao mesmo ritmo que na Terra.

Um relógio atômico colocado na superfície de Marte funcionaria normalmente. O próprio relógio funcionaria exatamente como na Terra. O problema aparece quando o relógio de Marte é comparado com o da Terra. Com o tempo, os dois relógios se distanciam. A tarefa dos cientistas era determinar exatamente quão grande se torna esse deslocamento, semelhante à definição de um fuso horário planetário.

Esse cálculo revelou-se mais complicado do que o esperado. De acordo com a teoria da relatividade de Einstein, a gravidade altera o fluxo do tempo. Os relógios desaceleram em gravidade mais forte e aceleram onde a gravidade é mais fraca. O movimento de um planeta através do espaço também afeta a forma como o tempo passa, com a velocidade orbital contribuindo para mudanças adicionais.

Gravidade, Órbitas e Relatividade

Para tornar os cálculos possíveis, os investigadores do NIST selecionaram um ponto de referência específico na superfície marciana, comparável ao nível do mar no equador da Terra. Usando dados recolhidos durante anos de missões a Marte, Patla e o colega físico do NIST Neil Ashby estimaram a gravidade superficial de Marte, que é cerca de cinco vezes mais fraca que a da Terra.

A gravidade de Marte por si só não foi suficiente para explicar o quadro completo. O sistema solar é um ambiente dinâmico repleto de objetos massivos que se atraem constantemente. O Sol contém mais de 99% da massa total do sistema solar e a sua influência gravitacional domina o movimento planetário.

A localização de Marte no sistema solar – a sua distância do Sol e dos seus vizinhos como a Terra, a Lua, Júpiter e Saturno – força-o a uma órbita mais alongada e excêntrica. Em contraste, a Terra e a Lua seguem caminhos relativamente estáveis. Como resultado, o tempo na Lua corre consistentemente 56 microssegundos mais rápido por dia do que o tempo na Terra.

“Mas para Marte, esse não é o caso. A sua distância ao Sol e a sua órbita excêntrica tornam as variações no tempo maiores. Um problema de três corpos é extremamente complicado. Agora estamos a lidar com quatro: o Sol, a Terra, a Lua e Marte,” explicou Patla. “O trabalho pesado foi mais desafiador do que eu pensava inicialmente.”

Depois de levar em conta a gravidade da superfície marciana, o movimento orbital e os efeitos gravitacionais do Sol, da Terra e da Lua, Patla e Ashby chegaram ao cálculo final.

Abrindo caminho para a Internet do Sistema Solar

Uma diferença de 477 milionésimos de segundo pode parecer insignificante. É aproximadamente um milésimo do tempo que leva para piscar. No entanto, essas pequenas diferenças são muito importantes na tecnologia moderna. Por exemplo, os sistemas de comunicação 5G exigem precisão de tempo dentro de um décimo de microssegundo.

Hoje, as mensagens enviadas entre a Terra e Marte levam de quatro a 24 minutos para chegar, e às vezes até mais. Patla comparou a situação à comunicação antes do telégrafo, quando cartas manuscritas cruzavam oceanos de navio e as respostas demoravam semanas ou meses para retornar.

O desenvolvimento de uma estrutura confiável para cronometragem entre planetas poderia eventualmente permitir redes de comunicação sincronizadas em todo o sistema solar.

“É o momento certo para a Lua e Marte. Este é o mais próximo que estivemos de concretizar a visão da ficção científica de expansão através do sistema solar.” Bijunath Patla, físico do NIST

“Se você conseguir a sincronização, será quase como uma comunicação em tempo real, sem qualquer perda de informação. Você não precisa esperar para ver o que acontece”, disse Patla.

Preparando-se para a futura exploração de Marte

As redes interplanetárias totalmente sincronizadas permanecem num futuro distante, tal como os assentamentos humanos permanentes em Marte. Ainda assim, estudar estes desafios de tempo ajuda agora os cientistas a antecipar os obstáculos futuros, observou Ashby.

“Podem passar décadas até que a superfície de Marte seja coberta pelos rastos de rovers errantes, mas é útil agora estudar as questões envolvidas no estabelecimento de sistemas de navegação noutros planetas e luas”, disse Ashby. “Tal como os atuais sistemas de navegação global, como o GPS, estes sistemas dependerão de relógios precisos, e os efeitos nas taxas de relógio podem ser analisados ​​com a ajuda da teoria geral da relatividade de Einstein.”

Patla acrescentou que a pesquisa também avança a ciência fundamental. Medir como o tempo se comporta em mundos distantes fornece novos testes às teorias da relatividade especial e geral de Einstein.

“É bom saber pela primeira vez o que está acontecendo em Marte em termos de tempo. Ninguém sabia disso antes. Isso melhora nosso conhecimento da teoria em si, da teoria de como os relógios funcionam e da relatividade”, disse ele. “A passagem do tempo é fundamental para a teoria da relatividade: como você a percebe, como a calcula e o que a influencia. Podem parecer conceitos simples, mas podem ser bastante complicados de calcular.”